永磁同步直線電機無位置傳感器動子位置估計研究.pdf

1、傳統(tǒng)滾軸絲桿結合旋轉電機的驅動控制方式是工業(yè)控制中常見的產(chǎn)生直線運動的策略，其控制精度會由于中間轉換機構而減小，而永磁同步直線電機(PMSLM)由于其推力大、加速度高、動態(tài)響應好、定位精度高等優(yōu)點逐漸被用于高速高精密加工機床中。為了實現(xiàn)PMSLM精確位置控制，能否獲得精確的直線電機動子實時運動位置至關重要。
　　直線電機閉環(huán)控制系統(tǒng)一般都是采用高分辨率的位置傳感器來檢測直線電機動子的運動位置，如光柵尺，磁柵尺等。然而位置傳感器對工

2、作環(huán)境要求很高，需要額外的外部輔助電路模塊才能正常工作，此外對安裝工序的要求也很苛刻，針對位置傳感器給控制系統(tǒng)帶來的一系列弊端，將無位置傳感器控制技術應用于永磁同步直線電機直接驅動控制系統(tǒng)中，克服了位置傳感器給直線電機閉環(huán)驅動控制系統(tǒng)所帶來的局限性。本課題就無位置傳感器控制技術對實現(xiàn)直線電機的動子運動位置估計進行了研究探討。
　　首先，簡要分析了PMSLM的工作原理，基于坐標變換原則，推導了在dq和αβ坐標系下的PMSLM數(shù)學方程

3、。針對傳統(tǒng)直線電機閉環(huán)驅動控制系統(tǒng)中位置傳感器所帶來的弊端，提出了基于無位置傳感器控制技術的PMSLM動子位置估計矢量控制系統(tǒng)。在PMSLM無位置傳感器控制系統(tǒng)中，由于在初始上電時缺少額外的位置傳感器來檢測直線電機的初始磁極位置，因此本文研究了PMSLM初始位置檢測方法以及PMSLM在沒有位置傳感器時上電啟動方法。
　　其次，在非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計理論的基礎上，研究了PMSLM的無位置傳感器控制技術。根據(jù)Kalman濾波器工作原理，

4、研究了其另外一種形式，即擴展卡爾曼濾波算法(EKF)，并且深入研究了EKF算法的工作原理，同時推導了其遞推計算公式。根據(jù)EKF算法的遞推結構，建立了PMSLM的狀態(tài)數(shù)學方程，同時在MATLAB中搭建了基于EKF算法的PMSLM無位置傳感器動子位置估計系統(tǒng)的仿真控制模型，仿真結果表明該算法能夠準確的估計直線電機動子的實時運動位置，在寬位置范圍內(nèi)均能很好的跟蹤直線電機的動子位置，具有良好的動態(tài)響應和魯棒性。
　　最后，搭建了實驗硬件控